在只有头发丝十万分之一的纤维上实现既发电又储能，还能把它织成衣服穿上身？这并不是天方夜谭。

细如发丝的太阳能新电池

最新一期的国际化学权威期刊《应用化学》刊发了上海复旦大学先进材料实验室、高分子科学系彭慧胜教授课题组的一项研究成果。他们成功研制出一种新型能源器件——取向碳纳米管纤维。

基于这一技术制造的新型太阳能纤维电池，使人们随时随地、高效使用太阳能的梦想有望成为现实。未来人们穿在身上的衣服、戴在头上的帽子、拎在手里的包都能“自我发电”，可给“奄奄一息”的手机充电。而目前占地面积庞大的发电站，未来也许将被一个桌子大小的机器所取代。

近日，彭慧胜的团队展示了由这种材料制成的新型电池。它像头发丝一样细，直径只有60微米—100微米。彭慧胜介绍，它们可以像普通化学纤维一样编织成衣服、裤子等纺织品，成为一整块可穿在身上的大太阳能电池，并实现自身“发电”。

1纳米相当于头发丝的几万分之一。“如果用一纳米直径的小球堆积起一毫米直径的小球，它的表面积可以提高10的5次方”。彭慧胜说，这是一种“由小变大”的方法，道理跟石油化工中的催化作用相同，催化剂的表面积越大，效果就越好。“表面积由小变大，有利于电荷的快速传播，从而大大增强了材料的导电性能。”而且，由于碳纳米管纤维具有良好的柔性，它将打破传统太阳能电池一成不变的“平面结构”。

实验结果显示，彭慧胜新研制的太阳能电池最高光电转化效率超过9%，但是白天发电，晚上怎么办呢？“我们就在想能不能把发电和储能集成起来，想用的时候用它，不想用就放到那里，把剩下的电能储存下来。”于是，利用同一纤维材料，彭慧胜的团队构建出微型线状超级电容器，成功地实现了这一设想。使这种新型太阳能纤维电池，在将太阳光转换成电能的同时，还能把这些能量储存起来，而不需要外接其他蓄电池或储能设备，即使在没有日光、又对光电需求量更大的夜间，人们也可随心所欲地使用太阳光能源。

成本低廉应用前景广阔

科学研究发现，碳纳米管具有完美的石墨层结构，以碳纳米管为基础材料制成的碳纳米管纤维是迄今为止最轻、最强、塑性最大的纤维材料。用一根直径只有20微米—30微米的碳纳米管纤维就能轻松吊起一支圆珠笔。“若直径达到5毫米，它就能吊起一辆2吨重的汽车。”

科幻小说家刘慈欣的“地球往事三部曲”系列《三体》中，人们能通过太空电梯穿梭地球上空，有读者评论说这是在“挑战读者想象力的极限”，但据2012年8月29日英国《每日邮报》的报道，美国加利福尼亚州的电梯港集团公司表示，这一想法能在8年内成为现实。

“美国就是用这个材料做太空电梯。”彭慧胜介绍说。

此外，碳纳米管纤维已在防弹衣、航空航天、医疗和体育器械等领域显示出其重要的应用前景。质量轻、可编织，且价格极其低廉，100米的价格仅为几元人民币，这使其大规模运用成为可能。

该项目曾被《自然》杂志评为“亚太地区十大研究亮点”之一，《应用化学》将其作为封面文章发表，审稿专家一致认为，彭慧胜课题组用一个“非常简单和低成本的方法”，在世界范围内“首次在一根纤维上同时实现光电转换和储能”，这大大提高了太阳能的利用效率，“对于全纤维状能源系统迈出了关键一步”。

碳纳米管只是一个开始

传统太阳能电池多由单晶硅制成，不仅成本较高，而且其生产是一个高能耗、高污染的过程，对环境有很大影响。而彭慧胜团队所使用的碳纳米管纤维材料则可能很好地解决未来太阳能电池的这些问题。

彭慧胜透露，用碳纳米管纤维制造纤维状太阳能电池要经过“纺丝”和“镀膜”两个阶段。首先让碳纳米管材料生长出来，如棉花纺丝般连续制备；再将碳纳米管纤维经过特殊溶液处理，从而在纤维外部镀上一层光合性材料，整个过程基本无污染，效率高，制作工艺相对来说也较简单，具有大量稳定生产的可能性。目前国外已有不少公司瞄准了这块潜在利润巨大的新领域。但他也表示，碳纳米管放大生产、大规模制备目前仍然有一定难度。“因为刚刚起步，通过研究，应该可以一一解决这些问题。”他说他也不知道多少年后才能方便地用上由这些材料制成的电子设备，但新材料是改变整个社会非常重要的原动力。“碳纳米管只是一个开始，它开辟了一个新的发展方向，而且这条路是可以走通的。”